阅读说明：本技术 一种高精度的限流电路 (High-precision current limiting circuit ) 是由 郭铁厂 顾焕涛 付兴利 吴庭宇 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高精度的限流电路,包括电压环PI调节器、电流环PI调节器、钳位电压源和钳位电路；电压环PI调节器将给定电压参考信号与输出电压反馈信号作差,并进行比例积分运算；电流环PI调节器将电压环PI调节器的输出和电流环反馈信号作差,并进行比例积分运算；钳位电压源用来给钳位电路提供电压值；钳位电路通过限制电流环PI调节器信号的最大值,进而限制限流电路所在直流变换器的输出电流。本发明的电路,在不损失电路其它特性的情况下,可有效提升限流精度。(The invention provides a high-precision current limiting circuit, which comprises a voltage ring PI regulator, a current ring PI regulator, a clamping voltage source and a clamping circuit, wherein the voltage ring PI regulator is connected with the current ring PI regulator; the voltage loop PI regulator makes a difference between a given voltage reference signal and an output voltage feedback signal, and performs proportional integral operation; the current loop PI regulator makes a difference between the output of the voltage loop PI regulator and a current loop feedback signal, and performs proportional integral operation; the clamping voltage source is used for providing a voltage value for the clamping circuit; the clamp circuit limits the output current of the direct current converter where the current limiting circuit is located by limiting the maximum value of the current loop PI regulator signal. The circuit of the invention can effectively improve the current limiting precision under the condition of not losing other characteristics of the circuit.)

一种高精度的限流电路

技术领域

本发明涉及航空电气系统保护，属于电气安全领域。具体涉及一种高精度的限流电路。

背景技术

为提高航空电源系统的供电可靠性，相关标准中明确提出航空DC/DC变换器需要具备一定的过载和抗短路能力，具体要求为，1)过载能力：DC/DC变换器应能承受150％和200％的额定负载电流分别历时5min和5s，且输出电压应符合规范要求；2)抗短路能力：DC/DC变换器应能持续5s输出300％的额定负载电流。

航空领域电源变换器的限流功能实现策略之一是控制电流内环。

一种控制电流内环的方式是通过电阻分压，这种方式电路简单，限流精度也较高，但是需要将分压电路串联接入环路中去，影响环路增益，对后期环路调试也带来一定困难。如果把握不好，还可能影响环路稳定性。

另一种控制电流内环的方式是通过二极管钳位，这种方式采用并联方式接入到电路中去，和主电路之间是或的关系。主电路正常工作时，限流电路不参与到系统工作中去。而当系统发生过流或者短路时，限流电路切入主电路中去，通过控制电流内环，实现输出电流限制。但是，这种控制方式容易受到二极管参数的影响，导致限流精度不高。

常见的通过控制电流内环实现限流的航空领域电源变换器，一种方式影响环路特性，不利于环路调试和系统稳定性，另一种方式受钳位二极管差异性影响较大，影响限流精度。随着航空工业发展，对航空电源变换器有个更高的要求，新的限流电路应该在有效限制输出电流的同时，减少对环路稳定性的影响，提高限流精度。

发明内容

本发明的目的在于，为航空电源变换器产品的限流保护提供一种高精度的限流电路，在满足有效限制输出电流基础功能的前提下，解决传统限流电路影响环路特性以及输出电流限流精度不高的问题。

本发明技术方案:一种高精度的限流电路，包括电压环PI调节器、电流环PI调节器、钳位电压源和钳位电路；

电压环PI调节器将给定电压参考信号与输出电压反馈信号作差，并进行比例积分运算，然后送给电流环PI调节器；电压环PI调节器由电阻R2、R4、R5、R7、R8、电容C2、C4和运算放大器U2B组成，电压环基准信号V_Reference和R7的一端相连，R7的另一端同时连接U2B的正向输入端和R8的一端，R8的另一端接地信号AGND；输出电压反馈信号V_Feedback和R4一端相连，R4另一端同时和U2B的反向输入端、R2的一端及C2的一端相连，R2的另一端和C4的一端相连，C4的另一端同时和C2的另一端、U2B的输出引脚及R5的一端相连；R5的另一端信号V_Clamp作为电压环PI调节器输出；

电流环PI调节器将电压环PI调节器的输出和电流环反馈信号作差，并进行比例积分运算；电流环PI调节器由电阻R1、R3、R6、电容C1、C3和运算放大器U1B组成，信号V_Clamp和R6的一端相连，R6的另一端连接U1B的正向输入端；输出电流反馈信号I_Feedback和R3一端相连，R3另一端同时和U1B的反向输入端、R1的一端及C1的一端相连，R1的另一端和C3的一端相连，C3的另一端同时和C1的另一端及U1B的输出引脚相连，U1B的输出引脚信号PI_OUT2作为电流环PI调节器输出；

钳位电压源用来给钳位电路提供电压值，钳位电压源由电阻R9、R10、R11、电容C7和精密可编程稳压器VT1组成，+15V电源和R9一端相连，R9的另一端同时和C7一端、VT1的阴极及R10的一端相连；C7另一端和VT1的阳极及R11的一端连在一起后，一起接AGND信号；R10的另一端、R11的另一端和VT1的2引脚连接在一起，其中，R9、R10、VT1和C7的公共端，作为输出信号V_Source；

钳位电路通过限制电流环PI调节器信号V_Clamp的最大值，进而限制限流电路所在直流变换器的输出电流，起到限流作用，钳位电路由电容C5、C6、二极管D1和运算放大器U1A组成，+15V电源同时连接C5一端及U1A的8引脚，C5另一端接地AGND；C6一端接地AGND，另一端同时接U1A的4引脚和-15V电源；U1A的正向输入端接V_Source信号，U1A的1引脚接D1的阴极，2引脚和D1的阳极相连后，作为钳位电路的输出，限制电压环PI调节器输出信号V_Clamp的电压。

发明的有益效果：本发明的限流电路，实现方式是控制电流内环参考电压。通过钳位电压源电路可以精确设定期望的电压值，将此电压值通过钳位电路再处理后，以并联方式注入到电流环PI调机器参考端，最终完成输出限流功能。钳位电压源提供精确的钳位电压值，钳位电路可以提高钳位电压源的带载能力，同时通过自身的反馈环，消除由二极管带来的误差，提高限流精度。采用此限流电路，在不损失电路其它特性的情况下，可有效提升限流精度。

附图说明

图1是限流电路原理图

图2是电压环PI调节器

图3是电流环PI调节器

图4是钳位电压源

图5是钳位电路

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。

航空电源变换器产品多是采集输出电流信号，并将电流反馈信号和限流参考信号通过电流环PI调节器比较后，通过影响PWM信号占空比，来达到输出限流的目的。本发明所提供的一种高精度的限流电路，原理上也是如此，但是本发明通过钳位电压源和钳位电路配合，可以消除二极管参数带来的限流误差，提高限流精度。

一种高精度的限流电路，包括电压环PI调节器、电流环PI调节器、钳位电压源和钳位电路，如图1所示。

图2所示为电压环PI调节器，由电阻R2、R4、R5、R7、R8、电容C2、C4和运算放大器U2B组成。电压环PI调节器主要完成将给定电压参考信号V_Reference与输出电压反馈信号V_Feedback作差，并完成相关比例积分运算后得到输出信号V_Clamp，保证输出电压值和期望值相一致。

图3所示为电流环PI调节器，由电阻R1、R3、R6、电容C1、C3和运算放大器U1B组成。电流环PI调节器主要完成将电压环PI调节器或钳位电路输出的V_Clamp信号与电流反馈信号I_Feedback作差，并完成相关比例积分运算后得到输出信号PI_OUT2，PI_OUT2的最大值由V_Clamp决定，所以通过调整V_Clamp的值，就可以限定输出电流的最大值。

图4所示为钳位电压源，由电阻R9、R10、R11、电容C7和精密可编程稳压器VT1组成。其中VT1常采用TL431，通过TL431的技术手册，可以很容易算出

图5所示为钳位电路，由电容C5、C6、二极管D1和运算放大器U1A组成。在变换器正常工作时，U1A的负输入端信号V_Clamp＜正输入端信号V_Source，U1A的输出引脚1正向饱和，但是由于D1的作用，V_Clamp信号保持不变。在变换器输出过流或短路时，输出电压反馈信号V_Feedback减小，U2B正向饱和，导致V_Clamp＞V_Source，U1A反向饱和。U1A的反向饱和将导致D1正向导通，进而V_Clamp被二极管钳位，使得V_Clamp＜V_Source。一但V_Clamp＜V_Source，U1A又将正向饱和，D1又将反向截止，D1失去对V_Clamp的钳位作用，若此时变换器还处在过流或短路状态，那么V_Clamp将再次大于V_Source，U1A又将反向饱和。如此往复，直到变换器退出过流或短路工作状态。由于运算放大器的运算速度在微妙甚至是纳秒级，所以上述往复过程在微妙甚至是纳米时间内就已完成，对外的表现形式就是V_Clamp＝V_Source，输出电流被限制住了。当变换器退出过流或短路工作状态后，V_Clamp＜V_Source，变换器恢复正常工作。